¿Por qué el agua arruina los dispositivos electrónicos, pero el alcohol a menudo no lo hace?

¿Recuerda aquella vez que disfrutaba de los artículos de ScienceABC en su teléfono inteligente con una taza de té para estimulación intelectual, cuando el teléfono resbaló y cayó en la taza, destruyendo efectivamente ambos?

La sabiduría convencional dicta que los líquidos y los dispositivos electrónicos no van de la mano, pero ¿sabes exactamente qué le hizo el té a tu teléfono? Además, si el alcohol hubiera reemplazado ese té, ¿el resultado habría sido el mismo?

La respuesta se explica por las diferencias en las propiedades químicas y físicas del agua y el alcohol.

Química del agua

Una molécula de agua tiene dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno, denotado por la fórmula química H2O. El oxígeno y el hidrógeno forman un enlace al compartir un par de electrones, y cada electrón del par es donado por hidrógeno y oxígeno, respectivamente. A esto se le llama enlace covalente. Una consecuencia de compartir electrones es que no hay electrones libres para conducir la electricidad. De hecho, el agua pura desionizada no conduce electricidad.

El oxígeno tiene una propiedad asombrosa para atraer electrones hacia sí mismo más que el hidrógeno (electronegatividad). En una molécula de agua, el par de electrones está más unido al oxígeno y al hidrógeno. Por lo tanto, se desarrolla una carga negativa parcial en los átomos de O y una carga positiva parcial en los átomos de H. La geometría de las moléculas de agua es tal que existe una separación de cargas (los centros de cargas positivas y negativas no coinciden).

Una molécula puede tener elementos con diferentes electronegatividades y, sin embargo, no ser polar, como el metano, CH4. Esto hace que el agua sea una molécula polar (con polos de cargas opuestas). Debido a esto, minerales como Ca2 +, Mg2 +, Na +, Cl– etc. se disuelven (el polo negativo de la molécula de agua atrae los iones minerales cargados positivamente y viceversa). Estos iones pueden conducir electricidad en presencia de un diferencia de potencial.

Además, el enlace intermolecular es fuerte en agua debido al enlace de hidrógeno intermolecular. Esta es la razón del alto punto de ebullición del agua, en comparación con los alcoholes.

Enlaces de hidrógeno entre moléculas de agua

Fórmula estructural de moléculas de agua que muestran los enlaces covalentes y de hidrógeno (Crédito de la foto: OpenStax College
/ Wikimedia commons)

Química del alcohol

En el lenguaje común, el alcohol se refiere al licor o al líquido con fines médicos. Sin embargo, en la ciencia, el alcohol no es un solo líquido, sino una clase de compuestos orgánicos (es decir, que contienen carbono) que tienen el grupo funcional (-OH). Un grupo funcional es una colección de átomos, de modo que algunas propiedades distintivas están asociadas con el compuesto orgánico unido a él.

Como en el caso del agua, los enlaces formados entre elementos son enlaces covalentes (intercambio de electrones). Esto se traduce en una falta de electrones e iones libres para conducir la electricidad. Por tanto, el alcohol puro también es un aislante.

Disolver iones minerales en alcohol se vuelve más difícil que disolverlos en agua, ya que existe un obstáculo estérico (dificultad para acomodar nuevas especies debido a la repulsión de especies existentes) entre la cadena de carbono y los iones minerales; la magnitud de la carga también es menor en los alcoholes.

Dado que el O altamente electronegativo está unido en un extremo, atrae pares de electrones hacia sí mismo, ganando una carga negativa parcial y dando una carga positiva parcial a otros átomos. Se puede visualizar que los alcoholes tienen un extremo polar (-OH) y un extremo no polar (cadena de carbono). Esto hace que el alcohol sea un compuesto anfifílico (adecuado para unirse con compuestos polares y no polares), que tiene aplicaciones tanto en la limpieza como en la desinfección.

Además, la atracción intermolecular en los alcoholes es más débil que en el agua (impedimento estérico causado por la presencia de una cadena de carbono voluminosa). Por tanto, es más fácil vaporizar el alcohol que el agua.

Las barras denotan cadenas de carbono y -OH es el grupo funcional

Los palos denotan cadenas de carbono y -OH es el grupo funcional (Crédito de la foto: Peter Hermes Furian / Shutterstock)

Efecto del agua en la electrónica

Las consecuencias de que el agua entre en contacto con la electrónica se pueden dividir en dos partes, a saber, efectos a corto y largo plazo.

Dado que el agua contiene iones minerales disueltos, es capaz de conducir electricidad. Cuando un dispositivo encendido entra en contacto con el agua, varios terminales dentro del dispositivo entran en contacto con el mismo conductor, es decir, agua. Se crea una ruta alternativa para el flujo de corriente y la electricidad comienza a fluir en direcciones donde no debería. A esto se le llama cortocircuito. Durante un cortocircuito, se produce una gran cantidad de flujo de corriente en un corto período de tiempo, lo que provoca un calentamiento excesivo y, en el peor de los casos, ¡un incendio!

Dado que la mayoría de los dispositivos utilizan baterías de CC como fuente de energía, el agua que entra en contacto con el ánodo y el cátodo de la batería provocaría electrólisis con la generación de gases H2 y O2 inflamables.

El agua también contiene moléculas de oxígeno disuelto (O2). Toda la electrónica contiene PCB (placas de circuito impreso). Los PCB tienen metales como cobre, oro y paladio como conductores. Cuando se expone al agua, se produce una reacción redox en la que el metal pierde electrones y forma una capa de óxido metálico. Con el tiempo, esto da como resultado la disminución del volumen de metal conductor en el terminal (descomposición). En casos extremos, el metal se debilita estructuralmente y se rompe.

Las pantallas de visualización LED / LCD contienen un panel de luz de fondo que proporciona iluminación. Cuando entra agua en el panel de retroiluminación, se produce una refracción inadecuada de la luz y la pantalla resultante se distorsiona (apariencia borrosa, puntos negros, etc.).

Corrosión de PCB

Semiconductores dañados por la corrosión (Crédito de la foto: Binarysequence / Wikimedia commons)

Además, las moléculas de agua pueden bloquear los altavoces, dando como resultado una salida amortiguada.

Efecto del alcohol en la electrónica

Los alcoholes no contienen impurezas iónicas disueltas en concentraciones tan altas como las que se encuentran en el agua. Cuando el alcohol entra en contacto con la electrónica, la falta de especies cargadas libres (iones y electrones libres) no tiene ningún efecto sobre la conductividad. Por tanto, no se produce un cortocircuito.

Dado que el alcohol se evapora más rápido que el agua, se elimina la posibilidad de que el alcohol permanezca el tiempo suficiente como para dañar los componentes electrónicos. Por lo tanto, se reduce la probabilidad de que la pantalla y los altavoces se estropeen.

Además, dado que el alcohol puede unirse tanto a compuestos polares como no polares, el alcohol se une a las membranas de las células grasas de los gérmenes lipófilos y también desnaturaliza las proteínas de los microbios, matándolos efectivamente. Por lo tanto, los alcoholes (especialmente el alcohol isopropílico, IPA) se utilizan con frecuencia como agentes de limpieza.

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El alcohol isopropílico es un agente de limpieza ampliamente utilizado (Crédito de la foto: veinte20)

Cuando los alcoholes juegan al aguafiestas

Sin embargo, hay casos de alcoholes que arruinan la electrónica. El punto de inflamación (temperatura más baja a la que el compuesto forma vapores que son combustibles en presencia de una fuente de ignición como el oxígeno) de los alcoholes determina el riesgo de inflamabilidad. Si la temperatura del dispositivo se eleva por encima del punto de inflamación, el contacto con el alcohol podría ser bastante desagradable (el alcohol forma vapores que pueden encenderse). Por lo tanto, los alcoholes deben usarse solo cuando el dispositivo está apagado y frío.

Si el alcohol entra en contacto con el ánodo y el cátodo de la batería, entonces se puede electrolizar, emitiendo gas H2, que es inflamable en concentraciones tan bajas como 4% (v / v) en el aire.

Los alcoholes de bajo peso molecular como el etanol y el alcohol isopropílico (IPA) pueden disolver cantidades muy pequeñas de impurezas iónicas. Si hay un volumen suficiente de alcohol (p. Ej., Sumergiendo el dispositivo en un baño de alcohol), puede producirse un cortocircuito.

Una palabra final

La discusión anterior giró principalmente en torno al agua potable y al alcohol de bajo peso molecular (etanol, alcohol isopropílico, etc.). El agua pura y el alcohol puro rara vez dañan los dispositivos electrónicos, pero las impurezas disueltas y los enlaces intermoleculares son los principales culpables cuando las cosas salen mal. Básicamente, dado que el agua puede disolver más impurezas y evaporarse más lentamente que los alcoholes, tiende a arruinar la electrónica más fácilmente que los alcoholes.